《量子大唠嗑》启程笔记（8）

 被猫卡住了

——《量子大唠嗑》启程笔记（8）

在遇到《猫》这一节之前，我曾经以为自己读懂了《量子大唠嗑》这本书。等我读得时间越长，我发现自己越没懂。有点类似于马兆远书里写他的博士论文里曾经引用的那段“仰之弥高，钻之弥坚，瞻之在前，忽焉在后”（P82）的状态。前些日子他刚鼓励说我最近开始懂了，我以为自己起码到了“似懂非懂叠加态”阶段了。等我被薛定谔这只猫足足卡了十天，我确定了一件事：关于量子物理，我是真的不懂。

薛定谔的猫的这几页纸被我翻得都发旧了，书页上满是被我写的不同时间读的时候的想法，最后实在是抓狂，在标题的位置写下：爱因斯坦坑薛定谔，薛定谔坑猫，猫坑马兆远。

觉得不解气，又补了一句：马兆远坑我。

马兆远在微信朋友圈回了一句：爱因斯坦也不懂。

他快被我给问抓狂了。我追问他关于这薛定谔的猫的事，从平安夜都快十二点了一直到第二天早晨他还没起床。

H：这节应该改名《薛定谔坑猫》。我这两天也纳闷，查半天也查不清。这思想实验，到底是爱因斯坦设计的？还是薛定谔设计的？

M：这猫是爱因斯坦的，薛定谔被坑了。爱因斯坦劫难薛定谔的。

H：我发觉如果把猫和人类这样的活物搅和进物理学研究范畴，情况会变得更为复杂。这猫真的不是个好例子。你之前写的用光子观测电子，改变了电子的状况，好理解。可是妈妈打电话影响粒子衰变，就难以理解了。

M: 没有吖。

H: 一个电子在被光子观测之前，是什么样的，是不确定的某种叠加态。光子观测它，才使它坍缩到了某种我们观测时看到的态。我这样理解，对吗？

M:对

H：那么，如果我是爱因斯坦，我会问：猫是被人看死的吗？

H: 拿那个光子观测电子实验对应这个猫实验，人相当于那个光子，猫相当于那个电子。在人观测猫之前，它处于既不是死了也不是活了的叠加态。人开箱子去观测猫的这个行为，导致了这个生与死的叠加态坍缩到猫或者死了或者活着。我是这样理解的。

M:对

H:那我觉得这一节，你可能还是需要重新捋一捋。我认为讨论的是哪个观测者导致了猫的死活问题，而不应该是谁导致了粒子的衰变。

（估计他睡着了，没回音了。）

我上网问度娘“薛定谔的猫”，结果发现更晕菜，甚至都觉得那解释把人带沟里去了。我又问他。

H:如果用波粒二象性对应，波态和粒子态分别可以对应于猫的活和死（或者交换也可以）。叠加态应该是波态和粒子态的叠加，而不是这百科里说的波态。我是这样理解的。对吗？

M: 百度不能信。

我猜想是没人能审查那个“薛定谔的猫”的说法到底对不对，稀里糊涂就通过了。对于习惯用百度百科当获取知识的权威途径的人来说，估计是会被坑的。

 

今天早晨，在日本读量子物理博士的陈杭很认真地用了一小时给我讲了量子力学绪论的基本知识。

我都没好意思问他发给我的公式的数学符号该怎么念。

陈杭试图让我明白，在量子力学研究的微观领域里，“测量”这件事与宏观世界里的“测量”有什么区别。我告诉他，我很笨，还需要慢慢去学习领悟。我心里在想：再次“测量”确认我是真的不懂。觉得自己对量子物理这事的认知，就是马兆远在《量子大唠嗑》前言第IX页第五行里写的那两字“婴儿”。

老师既然认真地教我了，我还是得把笔记记下来，回头慢慢消化。

 

C:要分清宏观和微观。

先举一个宏观的例子。比如，你手里有一张钱，这钱有很多互不相关的属性，比如：是哪国家的；什么面值；是纸币还是硬币。好了，我开始测量。

第一个问题，是哪国的钱？你回答：是中国。

我又问一次：是哪国的钱？你回答依然是：是中国。

然后我继续问：是多少面值的钱：你回答：人民币100元。

上面能看懂吧？

H:能。

C：这是第一次实验。下面继续第二次测量。

第一个问题，这是多少面值的钱？你回答：人民币100元。然后我继续问：是哪国的钱？你回答：是中国。

上面能看懂吧？能看懂，继续。

H:如果把我看到书里说的测量粒子的动量和位置对应，应该是两次测量的结果都一样。

C: 是的，我们总结一下：宏观物体，我们对它的几个不相关的性质进行测量，结果都是唯一的，而且再次同一个性质测量，结果一致；不同性质轮换测量，结果仍然一致。能懂吗？

H：懂。

C：好，下面开始说烧脑的微观粒子。我这里有一堆电子，数量是100个。这些电子，也有很多互不相关的性质，我举它们的自旋性质。电子在x，y，z三个方向都可以有自旋向上，向下两种回答。这是前提。

我第一个实验开始：我问100个电子：你们x方向自旋是什么？有50个电子说向上，50个电子说向下。这个就是自旋叠加态。

看懂了吗？可以继续？

H：嗯（这是个表示似懂非懂叠加态的词，呵呵），一定是50和50吗？

C：前提是自由电子，是50和50。其他情况会有不同。然后，我把回答向上的电子叫出来，问它们：x方向自旋是啥？它们回答：自旋向上；同样，我自旋向下的50个电子的x自旋方向，回答是向下。这个就是波函数被第一次测量给决定了，波函数塌缩。看明白了我们继续？

H：基本明白。

C：下一个实验。我再找来其他100个自由电子，问它们x方向自旋，它们50个说向上，50个说向下。然后，我把回答x方向向上的50个电子单独叫出来，问他们：y方向自旋如何？它们25个说y方向自旋向上，25个说y方向自旋向下。可以明白不？这个还是猫态，x向上的里面，y方向还是对半分的。

H: 你得先告诉我，你现在说的“猫态”是什么意思？

C: 猫态，是两种状态的叠加态。就是死，活两种状态的叠加。就是对于x方向确定了的自旋，问它其他的方向自旋，它还是对半开的。

H：你继续。

C: 我再把上述回答过y方向的50个电子，叫回来，再问它们，你们x方向自旋是啥？你觉得是它们50个都说向上吧？

H：是。

C: 恭喜你，99%的人都这样想的。

H：?

C: 量子世界恰恰相反。它们回答：25个x方向向上，25个x方向向下。这是量子力学的绪论。

H：也就是说，如果你再测量，下一次的答案又会不一样？

C：是的。

H：晕。

C：这个实验叫斯特恩-格拉赫实验，当时他们发现，电子在外磁场方向上会有两种选择，即电子自旋的性质。他们通过这个外磁场的装置，对电子进一步做了我上述的实验。得到了我上述的回答。

C：这个猫态就是联系宏观和微观的。严谨的话，我不能用“猫态”这个词语。微观就是叠加态。

C: 有空再多看几遍我上面的文字，希望您可以更近一步了解微观世界的奇妙之处。他们回答是绝对随机的。老爱是不接受这一套理论，然后用猫态去嘲讽这个。但是，老爱错了。慢慢看吧，这个是实验证实，理论吻合的。不要乱想。

 

陈杭老师真负责，又帮我补习了一下《量子大唠嗑》里薛定谔要害死猫的盒子里的那个连环害猫装置源头上的原子衰变的知识。

衰变，也是一个概率问题。比如某个原子，30%概率衰变，那么，猫的状态函数就可以这样写：|猫>=0.3*|死猫>+0.7*|活猫>。你问100只猫死活问题，它们随机告诉你30只死了。数学写成：<</span>死活|猫>=<</span>死活|0.3*|死猫>+<</span>死活|0.7*|活猫>。 “<</span>死活|”，这个在量子力学里面叫做作用算符。

<</span>死|猫>=0.3死，<</span>活|猫>=0.7活。<</span>死|猫>=0.3死，这个表示死猫的期望值，<</span>活|猫>=0.7活，活猫期望值。

H: 下次再问，又可能变成0.4和0.6吗？

C：根据那个原子衰变的概率，这个是固定值。下次问，还是0.3和0.7。慢慢理解我今天讲的，至少我还是专业的。下回你搞懂了，可以科普这段。不要绕文字，这些是实验与理论吻合的很好的。

H: 好的。我暂时有一点模糊的理解。难得有个专业的人有耐心教我啊。（马兆远老师看到这会不会生气呢？呵呵，他都教我快两年了，我长进这么慢。）

 

记录完以上，我心里偷偷地乐。如果把《量子大唠嗑》类比成那只猫也挺有意思的。一开始并没有这只猫，后来因为马兆远被我问得头大，就写出了这本书。相当于爱因斯坦追问薛定谔，追问出了一只思想实验的猫。可是这却并不是事情的结束，反而由于更多的人参与进来，这个系统在变大，影响这本书的因素在不断变化。比如现在遇到耐心给我从头开始上课的陈杭老师，绝对不在这本书之前预设的因果关系范围内的。还有我发的那个一本正经胡扯《量子大唠嗑》的语音，也完全不在预设范围，而且现在有朋友把那当科普听，害得我这不爱学习的家伙，如今也硬着头皮死磕。相当于马兆远老师在书里写的，妈妈突然打电话来问猫怎么样了之后发生的事。这事很好玩。我以前说我在做一个量子实验，用《量子大唠嗑》这本书本身来检验马兆远老师在书里讲的那些方法是否可行。他们都以为我胡扯着玩的。呵呵，我除了胡扯就是不胡扯的。还有啊，对比以上的两位老师跟我的对话，也发现明显的不同。（什么不同，读者自己查对）。

朋友黛西对我说：你写的这笔记，实在没可传播性。我答她：记录更多冗余信息，供将来的考证史料的。

前几天看胡适诞辰125周年的纪念文章，发现这位前辈也有事无巨细记录的癖好，以至于后来的人面对浩如烟海的胡适日记，直接晕菜了。哈哈，这现象该套用马兆远老师在书里提到的钱德拉塞卡极限解释呢？还是坍缩解释呢？还是量子退相干解释呢？

严黄

2016年12月27日星期一17:18于北京